Comprendere le basi della Meteorologia

La meteorologia è la scienza che studia l’atmosfera e i suoi fenomeni (il tempo meteorologico), con l’obiettivo principale di prevederne l’evoluzione. Comprendere il tempo richiede la conoscenza di alcune grandezze fondamentali e dei principi fisici che regolano il movimento dell’aria e la formazione delle nubi. L’obiettivo di questa pagina è quello di fornire le basi per comprendere i fenomeni che verranno affrontati nelle pagine successive.

1. Le Grandezze Meteorologiche Principali

L’atmosfera è lo strato gassoso che avvolge il nostro pianeta. Come è noto, è composto da una miscela di molecole di vario tipo tra cui azoto (al 78% circa), ossigeno (al 21% circa) e argon (0.6%).      In percentuali inferiori sono presenti anche vapore acqueo (0.3%) e anidride carbonica (0.04%) che, come è noto, influenzano in modo decisivo le condizioni meteorologiche giorno per giorno. Sono presenti tantissimi altri composti molecolari che fluttuano costantemente in atmosfera ed è impossibile studiare e prevedere il moto di tutte le molecole che compongono l’atmosfera stessa. Tuttavia, per comprendere gran parte dei fenomeni meteorologici, una buona base di partenza richiede la conoscenza di tre grandezze fondamentali: temperatura, pressione e umidità relativa.

1. Temperatura

La Temperatura misura il grado di agitazione termica delle molecole dell’aria. In meteorologia, è cruciale perché influenza la densità dell’aria e, di conseguenza, il suo movimento verticale. Si misura tipicamente in gradi Celsius (°C) o in Kelvin (K).

2. Pressione Atmosferica

La Pressione Atmosferica è la forza esercitata dal peso della colonna d’aria su una superficie unitaria. Si misura in Pascal (Pa) o più comunemente in Hectopascal (hPa), equivalenti al millibar (mb).

3. Umidità

L’Umidità è la quantità di vapore acqueo presente nell’aria. È un fattore chiave per la formazione di nubi e precipitazioni. Si esprime in diversi modi:

• Umidità Assoluta: è la massa di vapore acqueo per unità di volume di aria.
• Umidità Relativa: è dato dal rapporto (espresso in percentuale) tra la quantità di vapore acqueo effettivamente presente e la quantità massima che l’aria può contenere a quella specifica temperatura. Quando l’umidità relativa raggiunge il 100%, l’aria si dice che è satura e si ha la condensazione.

1. I Principi Fisici Chiave

Le grandezze fisiche che abbiamo appena elencato sono coinvolte in numerevoli fenomeni meteorologici. In questa sezione, è importante ricordarne alcuni, i principali, che serviranno per comprendere tutti gli altri argomenti che verranno affrontati nelle pagine seguenti.

1. Il Gradiente di Pressione e il Vento

Il principio fondamentale che genera il vento è che l’aria si muove sempre dalle aree in cui la pressione atmosferica è maggiore a quelle in cui è minore.

• Questa differenza di pressione è chiamata Gradiente di Pressione. Maggiore è il gradiente (cioè la differenza di pressione su una certa distanza), più forte è il vento.
• Il vento è, per definizione, il movimento orizzontale dell’aria che tenta di riequilibrare queste differenze di pressione.

2. La Convezione Termica

Questo principio si basa sulla relazione tra temperatura e densità: l’aria calda è meno densa e tende a salire, mentre l’aria fredda è più densa e tende a scendere.

• Quando il Sole riscalda il suolo, l’aria a contatto con esso si scalda, diventa più leggera e si innalza (moti convettivi).
• L’aria che sale si raffredda e, se satura di vapore acqueo, porta alla formazione di nubi convettive (come i Cumuli e i Cumulonembi).

3. Condensazione, Evaporazione e Scambio di Calore

I passaggi di stato dell’acqua, come l’evaporazione e la condensazione, sono processi fondamentali che influenzano notevolmente la temperatura dell’aria. Tutto si basa su quello che viene chiamato “calore latente”, cioè il calore che viene assorbito o rilasciato quando una sostanza cambia stato, senza che la sua temperatura cambi immediatamente.

3.1. Quando l’Acqua Evapora: L’Aria si Raffredda

Quando l’acqua passa dallo stato liquido a quello di vapore (evaporazione), ha bisogno di una grande quantità di energia per rompere i legami tra le molecole.

• Cosa succede: Questa energia viene letteralmente “rubata” sotto forma di calore all’ambiente circostante, che nel nostro caso è l’aria.
• L’effetto: L’aria che cede calore diventa più fredda.
• Esempio quotidiano: È per questo che, quando usciamo dall’acqua dopo una nuotata, sentiamo freddo: l’acqua sulla nostra pelle evapora, assorbendo calore dal corpo e raffreddandoci.

3.2. Quando il Vapore Condensa: L’Aria si Riscalda

La condensazione è il processo inverso: il vapore acqueo passa dallo stato di gas a quello liquido.

• Cosa succede: L’energia (il calore latente) che era stata immagazzinata durante l’evaporazione viene rilasciata nell’aria circostante.
• L’effetto: L’aria che riceve questo calore si riscalda.

L’Esempio delle Nuvole e dei Temporali

Questo meccanismo è cruciale nella formazione delle nuvole e nell’energia dei fenomeni atmosferici:

1. L’aria sale e si raffredda: L’aria umida e calda vicino al suolo sale. Man mano che sale, si espande e si raffredda.
2. Si formano le nuvole: Quando l’aria si raffredda abbastanza, il vapore acqueo in essa contenuto inizia a condensare, formando le minuscole goccioline che vediamo come nuvole.
3. Il rilascio di calore: Ogni volta che si forma una gocciolina d’acqua (condensazione), viene rilasciato il calore latente nell’aria circostante.
4. L’aria continua a salire: Questo calore rilasciato riscalda l’aria all’interno della nuvola, rendendola più leggera. L’aria più calda e leggera continua a salire con più vigore, alimentando la nuvola e, nei casi più estremi, trasformandola in un temporale o un uragano. È il calore nascosto rilasciato dalla condensazione a dare energia e forza a questi fenomeni meteorologici.

Conclusioni

In questa pagina abbiamo voluto tentare di fornire qualche strumento per comprendere meglio la meteorologia e le cause dei fenomeni che cerchiamo di osservare tutti i giorni per poter fare delle previsioni. Abbiamo visto che la temperatura, la pressione e l’umidità sono le grandezze fondamentali da osservare per capire “che tempo che fa”. Queste grandezze “interagiscono” tra loro in tantissime modalità e sono responsabili di alcuni fenomeni “chiave” coi quali è possibile spiegare gran parte di ciò che osserviamo in cielo, ovvero:

1. l’aria si muove sempre dalle aree in cui la pressione atmosferica è maggiore a quelle in cui è minore.
2. l’aria calda è meno densa e tende a salire, mentre l’aria fredda è più densa e tende a scendere.
3. Quando il vapore acqueo condensa in goccioline, l’aria si riscalda mentre, quando l’acqua evapora, questa si raffredda.

Autore: Roberto Pinna